微生物植酸酶对土壤有机磷组分含量及有效性的影响

孙临泉，陈子学，张洪立，刘 冰，刘丽丽

（1.天津师范大学 生命科学学院，天津 300387；2.天津市土壤肥料工作站，天津 300061；3.静海县农业技术推广中心，天津 301600）

微生物植酸酶对土壤有机磷组分含量及有效性的影响

孙临泉1，陈子学2，张洪立3，刘 冰1，刘丽丽1

（1.天津师范大学 生命科学学院，天津 300387；2.天津市土壤肥料工作站，天津 300061；3.静海县农业技术推广中心，天津 301600）

为提高土壤有机磷素的有效性，并为微生物植酸酶应用于农业生产实践提供理论参考，采用室内培养的方法，研究了不同用量微生物植酸酶菌剂在不同培养时期对土壤有机磷组分含量及有效性的影响.结果表明，添加微生物植酸酶菌剂处理后的土壤活性、中等活性有机磷含量均高于对照，而且与植酸酶菌剂使用量显著相关；其含量随培养时间的延长呈增加趋势，培养至第32d后基本保持平稳；而土壤中稳性和高稳性有机磷含量均低于对照，与植酸酶菌剂使用量显著相关；其含量随培养时间的延长呈减少趋势，培养至第32d后基本保持平稳.添加微生物植酸酶各处理的有机磷总量均低于对照，并随微生物植酸酶添加量的增加而减小；而土壤有效磷含量均高于对照.因此微生物植酸酶可以促进土壤稳定性有机磷向活性有机磷转化，乃至向无机磷转化，从而提高了土壤有机磷素的有效性.

微生物植酸酶；土壤有机磷组分；土壤有效磷

土壤有机磷是土壤磷素的重要组成部分，约占土壤全磷含量的20%～50%，是植物生长所需磷素的一个重要供给源［1］，经过矿化分解可以转化为无机态磷，供给植物吸收利用［2］.随着土壤有机磷研究的深入，1978年Bowman和Cole［3］首先提出了土壤有机磷的分组方法，该方法运用在土壤有机磷研究中，使那些较易受环境条件影响、矿化速率较高、对土壤磷肥力影响较大的活性有机磷组分从稳定性较高的有机磷组分中划分开来，从而使人们对土壤有机磷的有效性有了一个新的认识［4］.迄今为止，该分组方法仍然不失为土壤有机磷分组的较系统的化学鉴别法.按照Bowman－Cole分级体系，土壤有机磷组分中，活性有机磷是指能溶于0.5mol／L的NaHCO3溶液中，且易矿化、易为植物吸收的组分，主要是核酸、磷脂类、磷糖类化合物.它们在土壤中矿化分解很快，能够作为植物生长的一种有效磷源；中等活性有机磷是指能溶于1mol／L H2SO4，且较易矿化又较易为植物吸收的组分，主要是植酸钙、镁等化合物，这些物质比较稳定，可为植物生长提供部分磷源［5］；中稳性有机磷是指能溶于0.5mol／L NaOH，在pH1～1.5的条件下不发生沉淀而较难矿化又较难为植物吸收的组分；高稳性有机磷是指能溶于0.5mol／L NaOH，在pH1～1.5的条件下外源生沉淀而很难矿化又很难为植物吸收的组分.土壤中构成有机磷的主要组分为中活性有机磷，其次为中稳性有机磷、高稳性有机磷，而活性有机磷所占有机磷的比例最小［5－9］.研究发现，活性和中等活性有机磷为易被植物吸收的组分［10］.另外，近些年来随着对解磷菌的研究逐渐深入，如何将解磷菌应用于农业生产已经成为热门的研究课题.由本实验室自主筛选的高产植酸酶菌株，能有效地水解植酸磷.因此，本研究采用室内模拟培养的方法，研究了微生物植酸酶对土壤有机磷组分含量及有效性的影响，为微生物植酸酶应用于农业生产实践提供理论参考.

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试土壤采自天津师范大学生物科技园，土壤类型为轻壤质盐化潮土.土壤基本性状为：pH值7.60；有机质18.22%；全氮0.94g／kg；有效磷5.30mg／kg；速效钾106mg／kg.

供试植酸酶微生物为天津师范大学微生物学实验室自主筛选的PY菌株.菌株分泌植酸酶活力为37℃时，培养24h植酸酶检测培养基中水解圈直径与菌落直径比4∶1；培养86h植酸酶检测培养基中水解圈直径与菌落直径比40∶1［11］.

菌剂制备：将PY菌与草炭按照1∶1的比例混合均匀，PY菌含量为1.8×109个／g。

1.2 实验设计与方法

本实验共设置6个处理，①CK（对照组1）；②Pm（60g灭活PY菌剂，对照组2）；③Pp（60g草炭培养基，对照组3）；④P1（低量PY菌，20g菌剂）；⑤P2（中量PY菌，40g菌剂）；⑥P3（高量PY菌，60 g菌剂）.由于草炭本身含有磷，将其制成菌剂加入土壤中会提高土壤的含磷量，故本实验设置3个对照组CK，Pm，Pp，且Pm和Pp处理的草炭添加量与P3处理相同，均为60g，以消除菌剂不同添加量时草炭中的磷对实验的影响.

按上述设计，将制备的菌剂添加到320g土样中进行室内培养，于恒温（29℃）、恒湿（保持水分在田间持水量的65%）培养40d，每隔8d取出部分土样测定土壤有机磷组分及土壤有效磷含量.分析不同菌剂用量在不同培养时间内对土壤有机磷组分及其有效性的影响.

土壤有机磷组分的测定采用Bowman－Cole法，有效磷测定采用Olsen法.采用EXCEL进行数据统计；SPSS 18.0统计软件进行数据分析.

2 结果与分析

2.1 微生物植酸酶对土壤有机磷各组分的影响

2.1.1 微生物植酸酶对土壤活性有机磷的影响

根据不同处理在不同培养时间的土壤活性有机磷含量作图如图1，差异显著性分析见表1.

在农业科技飞速发展的大背景下，玉米种植实现全程机械化生产已经成为农业领域中的又一重要课题。我单位是云南省陆良县召夸镇农业综合服务中心，在当地玉米全程机械化方面进行了积极尝试，为地区现代农业化发展做出了突出贡献。但“发展始终在路上”，陆良县玉米全程机械化仍存在一些实际困难，针对这一情况提出了几点解决建议，希望能够给广大同行以有益的启示。

图1 植酸酶菌剂对土壤活性有机磷的影响Figure 1 Effect of microbial phytase on soil labile organic phosphorus

表1 土壤活性有机磷各处理间差异显著性分析Table 1 Soil labile organic phosphorus significant difference analysis between the treatments

由图1可见，与CK相比，添加微生物植酸酶各处理土壤内活性有机磷的含量均有所增加，同时与Pm和Pp相比，添加微生物植酸酶后各处理土壤内活性有机磷的含量也均有所增加，其增加的幅度为21.89%～205.40%，除第8d外，均达到显著差异水平（见表1）.且各处理之间活性有机磷的含量随着菌剂添加量的增加而增加，即P3＞P2＞P1＞Pm＞Pp＞CK.同时，各处理均随培养时间的延长而增加，培养至第32d后基本保持平稳.在第32d时，活性有机磷含量占有机磷总量的1.06%～2.89%，比对照组在有机磷总量中所占的比例提高了34.89%～268.06%，差异达显著水平.

2.1.2 微生物植酸酶对土壤中等活性有机磷的影响

根据不同处理对在不同培养时间内土壤中等活性有机磷含量作图如图2，各处理间差异显著性分析见表2.

图2 植酸酶菌剂对土壤中等活性有机磷的影响Figure 2 Effect of microbial phytase on soil moderately labileorganic phosphorus

由图2可见，土壤中等活性有机磷含量的变化与土壤活性有机磷含量的变化相似，与CK相比，添加微生物植酸酶后各处理土壤中等活性有机磷的含量均有所增加，其增加的幅度为1.50%～15.28%，除第8d和第16d之外，P2和P3处理均达到显著差异水平；同时，与Pm和Pp相比，除第8d外，P2和P3处理也均达到显著差异水平（见表2）.且各处理之间随着菌剂添加量的增加而增加，即P3＞P2＞P1＞Pm＞Pp＞CK.从培养时间来看，对中等活性有机磷含量而言，各处理均随培养时间的延长而增加，培养至第32d后基本保持平稳。在第32d时，中等活性有机磷含量为358.10～414.22mg／kg，其在有机磷总量中所占的比重较对照组提高了15.17%～30.85%.

2.1.3 微生物植酸酶对土壤中稳性有机磷的影响

根据不同处理对在不同培养时间内土壤中稳性有机磷含量作图如图3，各处理间差异显著性分析见表3.

图3 植酸酶菌剂对土壤中稳性有机磷的影响Figure 3 Effect of microbial phytase on soil moderately stable organic phosphorus

表3 土壤中稳性有机磷各处理间差异显著性分析Table 3 Soil moderately stable organic phosphorus significant difference analysis between the treatments

微生物植酸酶对土壤中稳性有机磷的影响见图3，其变化表现为：添加微生物植酸酶后各处理土壤中稳性有机磷含量均低于CK，其降低的幅度为14.49%～67.42%，均达到显著差异水平；与Pm和Pp相比各处理也均达到显著差异水平（见表3）.且各处理之间随着菌剂添加量的增加而减少，即P3＜P2＜P1＜Pm＜Pp＜CK，其中P3与P2处理效果十分明显。从培养时间来看，各处理随着培养时间的延长其含量下降，培养至第32d后基本保持平稳.在第32d时，中等稳定性有机磷含量占有机磷总量的6.86%～12.13%，与对照组在有机磷总量中所占的比例降低了30.10%～60.48%，差异达显著水平.

2.1.4 微生物植酸酶对土壤高稳性有机磷的影响

根据不同处理对在不同培养时间内土壤高稳性有机磷含量作图见图4，各处理间差异显著性分析见表4.

图4 植酸酶菌剂对土壤高稳性有机磷的影响Figure 4 Effect of microbial phytase on soil highly stable organic phosphorus

表4 高稳性有机磷各处理间差异显著性分析Table 4 Soil highly stable organic phosphorus significant difference analysis between the treatments

由图4可见，土壤高稳性有机磷含量的变化与中稳性有机磷含量的变化相似，与CK相比添加微生物植酸酶各处理土壤高稳性有机磷的含量均有所减少均达到显著差异水平.与Pm，Pp相比P1，P2，P3均达到显著差异水平（见表4）.且各处理之间随着菌剂添加量的增加而减少，即P3＜P2＜P1＜Pm＜Pp＜CK，且P1，P2，P3处理效果均十分明显.从培养时间来看，各处理随着培养时间的延长高稳性有机磷含量下降，培养至第32d后基本保持平稳.由于高稳性有机磷是与胡敏酸结合的有机磷，能溶于0.5mol／L NaOH，在pH1～1.5的条件下外源生沉淀而很难矿化.其含量一般由差减法求得，因此结果可能有些误差.但从图中仍可看出，不同处理的土壤高稳定性有机磷含量均低于各对照组.

2.2 微生物植酸酶对土壤有机磷总量和有效磷的影响

2.2.1 微生物植酸酶对土壤有机磷总量的影响

根据不同处理对在不同培养时间内土壤有机磷总量作图如图5，各处理间差异显著性分析见表5.

图5 植酸酶菌剂对土壤有机磷总量的影响Figure 5 Effect of microbial phytase on soil organic phosphorus

表5 有机磷总量各处理间差异显著性分析Table 5 Soil organic phosphorus significant difference analysis between the treatments

由图5可见，添加微生物植酸酶各处理土壤有机磷的含量均低于CK，其降低的幅度为3.26%～13.38%，除第8d外，P2和P3处理均达到显著差异水平，第40d时P1处理也达到显著差异水平；同时，与Pm和Pp相比除第8d外，P2和P3处理也均达到显著水平（见表5）.且各处理之间随着菌剂添加量的增加而减少，即P3＜P2＜P1＜Pm＜Pp＜CK.同时，各处理均随培养时间的延长而增加，培养至第32d后基本保持平稳.

2.2.2 微生物植酸酶对土壤有效磷的影响

根据不同处理对在不同培养时间内土壤有效磷含量作图见图6，各处理间差异显著性分析见表6.

由图6可见，添加微生物植酸酶各处理土壤有效磷的含量均有所增加，由于Pm和Pp中草炭含量与P3处理相同，所以在第8d时，P1，P2处理有效磷含量均低于Pm和Pp；但在第8d以后，P2处理的有效磷含量就已高于Pm和Pp，且P1，P2和P3处理随培养时间的增加而逐渐增加，较Pm，Pp处理其增加的幅度为30.46%～136.46%，均达到显著水平（见表6）.同时各处理有效磷占有机磷总量的比例也随之增加，其增加幅度为143.50%～528.09%，且随着菌剂的添加量增加而增加，其中P3组效果最为显著，即P3＞P2＞P1＞Pm＞Pp＞CK.

图6 植酸酶菌剂对土壤有效磷的影响Figure 6 Effect of microbial phytase on soil available phosphorus

表6 有效磷含量各处理间差异显著性分析Table 6 Soil available phosphorus significant difference analysis between the treatments

3 结论

（1）在培养阶段，添加PY菌剂后，各处理有机磷各组分所占比例基本格局并未改变，实验结果与前人报道的中等活性有机磷＞中等稳定性有机磷＞高稳性有机磷＞活性有机磷的排序完全相同［12］.

（2）通过向土壤中添加PY菌剂可以促进土壤稳定性有机磷的分解转化，使其向活性有机磷转化，从而提高土壤有机磷的有效性.

（3）添加PY菌剂后各处理土壤中的各种有机磷组分随培养时间的延长而发生不同方向的变化.这种变化在培养至第32d后基本保持平稳.

（4）添加PY菌剂可以显著提高土壤有效磷含量，分解土壤有机磷，释放出无机磷供作物吸收利用，从而进一步促进土壤有机磷的转化，不同程度地提高土壤磷素的有效性，进而提高土壤有机磷的利用率.

（5）利用PY菌剂提高土壤有机磷素的有效性在本试验条件下是可行的，但将其应用于农业生实践还有待通过田间试验进一步研究.

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Effects of microbial phytase on soil organic phosphorus component and its availability

SUNLinquan1，CHENZixue2，ZHANGHongli3，LIUBing1，LIULili1
（1.College of Life Sciences，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China；
2.Tianjin Soil and Fertilizer Station，Tianjin 300061，China；
3.Jinghai Agricultural Technology Promotion Center，Tianjin 301600，China）

The effects of microbial phytase on soil organic phosphorus component and its availability were studied in laboratory incubation.The results showed that the contents of soil labile and moderately labile organic phosphorus were higher when added microbial phytase than that of CK and reached the highest on the 32th day.The more microbial phytase added，the higher their contents.The contents of soil moderately stable and highly stable organic phosphorus when added microbial phytase were lower than that of CK.The more microbial phytase added，the lower their contents.The contents of organic phosphorus in soil added microbial phytase was lower than that in CK soil，their contents decreased as addtion of microbial phytase increased，but the contents of soil available phosphorus was higher than that of CK.Microbial phytase could promote the changes of different organic phosphorus fractions and increase the availability of soil organic phosphorus.

microbial phytase；soil organic phosphorus fractions；soil available phosphorus

S153.61

A

1671－1114（2011）02－0086－05

2010－09－08

天津市农村工作委员会资助项目（0802220）

孙临泉（1984—），男，硕士研究生.

刘丽丽（1956—），女，教授，博士，主要从事微生物肥料研究.

（责任编校 纪翠荣）